如果要在多線程中對同一個整型變量進行加減操作，我們知道可以通過加鎖的方式保證線程同步，但僅對這一個變量加鎖，是不是大材小用了？有沒有類似於Linux內核中的atomic_inc()/atomic_dec()方法從指令的層面上實現操作變量的原子性？
答案是，有的。GCC提供了一系列內置函數，來完成對一些簡單的數據操作的同步。
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type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)這些builtin函數的作用通過名字就可以看出來，相當於：
{ tmp = *ptr; *ptr op= value; return tmp; } //'op'可以是add,sub,or, etc.
{ tmp = *ptr; *ptr = ~tmp & value; return tmp; } // nand這些函數的返回值爲內存中原來的值。
注1：其中類型type可以是1/2/4/8字節長度的整數類型或指針類型，下同。
注2：函數原型中的省略號可指明需要memory barrier的變量的列表，目前GCC忽略這個列表，保護所有全局可見的變量，下同。
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type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)這些builtin函數相當於：
{ *ptr op= value; return *ptr; }
{ *ptr = ~*ptr & value; return *ptr; } // nand這些函數的返回值爲內存中新的值。
這樣，我們就可以自定義一個原子的自增操作：
#define atomic_inc(x) __sync_add_and_fetch(&(x), 1)* * *
bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)
type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)這兩個函數意思是，如果*ptr的值等於oldval（即ptr指向的內存中的值是舊值），則將新的值newval寫到*ptr中。
其中第一個函數的返回值爲bool類型，意思是，如果*ptr==oldval且newval寫入成功，則返回true。
第二個函數則返回操作之前的*ptr的值。
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__sync_synchronize (...)這個函數會製造一個full barrier。
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type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)將*ptr的值設爲value，返回*ptr中操作之前的值。
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void __sync_lock_release (type *ptr, ...)釋放*ptr，即 *ptr = 0 。
我們可以用這些函數對多線程中簡單的數據操作做同步，而無需加鎖，節省了任務調度的開銷。如果在目標處理器上沒有實現這些（或其中某些）內置函數，則會報出warning。
實際上，GCC實現這些內置函數是爲了與 Intel Itanium Processor-specific Application Binary Interface 的7.4節的內容做兼容，也因此這些函數的名字沒有以”_builtin“開頭。這份文檔要求這些內置函數除了實現特定的同步效果外，還需要具備如下兩個重要屬性：
1）每個函數的操作都是原子性的（例如在MIPS中通過LL/SC指令實現）。
2）每個函數都會實現某種內存屏障，上述__sync_lock_test_and_set爲”acquire barrier”，__sync_lock_release爲”release barrier”，其他均爲”full barrier”（三種內存屏障的解釋在文檔中有說明，對應了內核中的rmb()/wmb()/mb()）。
參考資料
[1]: http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.1.1/gcc/Atomic-Builtins.html GCC atomic-builtins
[2]: https://uclibc.org/docs/psABI-ia64.pdf Intel processor-specific ABI